航空電子系統差分串行傳輸形式分析

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摘要:本文對比了幾種在航空電子系統中常見的差分串行傳輸形式，從RS-422A、RS-485和ARINC429接口電氣特性、數據流方向、通訊速率、網絡結構形式、線制、同步機制、數據校驗等方面進行比較分析。給出了各種差分串行傳輸形式在航空電子設備上的適用性分析。

關鍵詞:RS-422A;RS-485;ARINC429;差分串行傳輸

1緒論

在航空電子設備局部系統或局部設備互聯通訊中，差分串行傳輸通訊以其平衡傳輸抗干擾能力強，應用設備支撐廣泛，形式簡單，可靠性高的優點得到了廣泛應用。較為常見的差分串行傳輸通訊形式主要包括RS-422A、RS-485和ARINC429。下面就RS-422A、RS-485和ARINC429的各項特性進行分析比較。

1三種常見差分串行傳輸形式比較

1．1編碼形式。RS-422A和RS-485采用雙極性非歸零碼，ARINC429采用雙極性歸零碼的編碼形式。1．2信號電平。RS-422A和RS-485在信號電平方面規定一致。驅動端A，B間電壓差+2～+6V之間為邏輯0，A，B間電壓差-2～-6V之間為邏輯1。RS-422A接收端A，B間電壓差大于200mV為邏輯0，A，B間電壓差小于-200mV為邏輯1。ARINC429驅動端A，B間電壓差為+10±1．0V為邏輯高;驅動端A，B間電壓差為0±0．5為邏輯空;驅動端A，B間電壓差為-10±1．0為邏輯低。ARINC429接收端A，B間電壓差在+6．5V～+13V為邏輯高;接收端A，B間電壓差在-2．5V～+2．5V為邏輯空;接收端A，B間電壓差在-13V～-6．5V為邏輯高。1．3線制。RS-422A采用四線制形式，兩發送兩接收，另外需要一根屏蔽地線。實現點對多點的全雙工傳輸。RS-485可以采用兩線制，可以采用四線制形式。當采用兩線制形式時為半雙工通訊，兩線制可實現多點雙向傳輸。當采用四線制時，兩發送兩接收，另外還需要一根屏蔽地線。采用四線制時，可以實現點對多點的全雙工傳輸。ARINC429采用四線制形式，兩發送兩接收，另外需要一根屏蔽地線。實現點對多點的全雙工傳輸。1．4傳輸速度。RS-422A和RS-485最大支持10Mbps的通訊速率。ARINC429分為高低速兩種傳輸速度模式。高速模式下為100kbps;低速模式下為12．5～14．5kbps。1．5端接匹配電阻。RS-422A和RS-485為防止在高速率傳輸下反彈信號未被完全吸收疊加在下一信號電平上出現誤碼，因此需在遠端加端接電阻。端接電阻需大于90歐姆，典型值為120歐姆。不加中繼轉發器的情況下，一條總線上不能加2個以上的終端匹配電阻。ARINC429外部使用20-26號線纜典型線纜阻抗為60～80歐姆，不需要進行阻抗匹配。1．6總線偏置電阻。RS-422A和RS-485為防止總線狀態空閑時誤采集到電平波動產生誤碼，需在接收端增加總線的偏置電阻。接收端B端通過偏置電阻上拉到VCC，接收端A端通過偏置電阻下拉到VCC對應的地。偏置電阻的阻值由終端節點的值決定。最終要使B，A間的壓差大于200mV。ARINC429不需要總線偏置電阻。1．7通訊幀格式。RS-422A和RS-485無規定，需用戶自定義。ARINC429信號的基本信息單元是包含32位的一個數字字。這類字有五個應用組:BNR數據，BCD數據，離散數據，維修數據(通用)和AIM數據(應答、ISO5號字母表和維護(ISO5號字母標)數據)。［1］1．8同步機制。RS-422A和RS-485通過判定包頭數據實現同步，但需要注意防止出現誤判包頭導致通訊不上的情況。ARINC429在連續傳輸時，兩個相鄰的數據字之間至少需要有4個比特時間(零電平電壓)間隔來區分。［2］1．9數據校驗RS-422A和RS-485可自定義奇校驗或偶校驗或其它校驗算法。ARINC429通訊幀中規定了奇偶校驗位，其采用奇校驗算法。

2結論

在以上三種常見的差分串行傳輸通訊形式中，ARINC429是最適合航空電子設備應用的差分串行傳輸通訊形式，其相對于RS-422A和RS-485優勢如下:(1)ARINC429的電平幅值和容忍度更高，相對RS-422A和RS-485更不易受到干擾，更適用于航空電子設備復雜電磁環境下的通訊要求;(2)ARINC429有更高的共模電壓，更不易受到損壞;(3)ARINC429有嚴格的通訊幀格式定義，解決了通訊格式的標準化、通用化問題，避免了用戶自定義的繁瑣過程，提高了可靠性。但ARINC429也存在相應的缺點:(1)ARINC429只能用于對通訊速率要求不高的局部總線，其高速模式下通訊速率為100kbps，低于RS-422A和RS-485的理論通訊速率上限10Mbps;(2)ARINC429只能用于簡單的總線網絡拓撲形式。ARINC429和RS-422A只能用于點對多點的總線形式，只允許有一個主設備。ARINC429最多可掛載20個從設備，RS-422A最多可掛載10個從設備。而RS-485通過兩線制可以實現多點對多點的半雙工通信，任何時候只有一點可以處于發送狀態;同時RS-485可以通過四線制實現全雙工通信。因此，在需要進行多點互連時應選用RS-485。RS-422A和RS-485在工業領域得到了極大應用，擁有大量成熟的產品。當飛機系統設備選用成熟的工業產品時，航空電子設備也應適配相關的RS-422A和RS-485接口，實現可靠通訊。

參考文獻:

［1］劉迎歡，羅志強．ARINC429協議和與之對應的俄羅斯標準的比較．航空電子技術，2002-3，33(1)，11-15．

［2］高超，韓冰．基于單片機的ARINC429校準用信號源設計研究．計測技術，2011，31(2)，21-24．

作者:任曉琨 單位:中國航空工業集團公司西安航空計算技術研究所